(57)【要約】【課題】大規模な自然災害発生時などにおける河川の氾濫を防止する排水ポンプ装置を提供する。【解決手段】排水ポンプ装置１は、上下方向に伸長して上端側が河川の水面より上側に延出された支柱２と、支柱２に固定されて電気式モータで水を循環させるウォーターポンプ部３と、略円筒形状を有して一方の開口面が河川の上流側に面した吸水口４ａ、他方の開口面が下流側に面した吐水口４ｂとなり、ウォーターポンプ部３から循環される水の水圧によりスクリューを回転させることで排水を行うエンジン部４とを備える。この構成により、排水ポンプ装置１は、大規模な自然災害発生時などにおける河川の氾濫を防止できる。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に伸長して上端側が河川の水面より上側に延出された支柱と、
前記支柱に固定され、電気式モータで水を循環させるウォーターポンプ部と、
略円筒形状を有し、一方の開口面が河川の上流側に面した吸水口、他方の開口面が下流側に面した吐水口となり、前記ウォーターポンプ部から循環される水の水圧によりスクリューを回転させることで排水を行うエンジン部と、を備えることを特徴とする排水ポンプ装置。
【請求項２】
前記エンジン部は、その下端位置が河川の通常水位近傍に配置されるように前記支柱に取り付けられる、ことを特徴とする請求項１記載の排水ポンプ装置。
【請求項３】
前記排水ポンプは、さらに、太陽光パネルと、当該太陽光パネルからの給電を受けると共に外部からの指令を受けて前記ウォーターポンプ部を作動させる通信デバイスと、を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の排水ポンプ装置。
【請求項４】
前記エンジン部は、
河川の流れ方向に沿って前記支柱に取り付けられる略円筒形状のハウジング部と、
前記ハウジング部内に設けられるスクリュー部と、
前記ウォーターポンプ部によって加圧された水を前記スクリュー部の外周面へと噴出するための配管経路と、を備え、
当該スクリュー部は、
ベアリングを介して前記ハウジング部の内壁に対して回転可能に支持された略円筒形状のスクリュードラム部と、
前記スクリュードラム部の内壁にその一端側が接続固定され、前記スクリュードラム部の回転に伴って回転可能な複数枚のフィンと、を備え、
前記スクリュードラム部は、その外周面において、回転方向に直交する方向で複数並設された凸形状の仕切り壁を有することで複数の区画に区分されており、当該仕切り壁に対して、前記ウォーターポンプ部によって加圧された水が前記配管経路を介して噴出され、その際に生じる回転力によって前記スクリュードラム部と前記フィンとが一体回転する、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の排水ポンプ装置。
【請求項５】
前記スクリュー部は、前記ハウジング部内に、複数段連続して並設される、ことを特徴とする請求項４記載の排水ポンプ装置。
【請求項６】
前記スクリュー部のフィンの他端側には、円筒形状のシリンダが挿通固定され、当該シリンダの開口部には、前記フィンに水流を集めるため河川の流れ方向に沿って延長したガウリング部が設置される、ことを特徴とする請求項４又は５に記載の排水ポンプ装置。
【請求項７】
前記配管経路は、前記スクリュードラム部に対して、水が噴出される角度が鋭角になるように設けられる、ことを特徴とする請求項４乃至６の何れか一項に記載の排水ポンプ装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、河川の氾濫防止対策のために用いる排水ポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化などの化石燃料の使用に起因した環境問題が深刻化し、大きな自然災害が日本のみならず世界各地において頻発している。その内でも台風の豪雨などによって河川の水位が危険水域を超えて氾濫に到るケースがある。
【０００３】
従来の河川の氾濫防止対策として、例えば、水中に水中モータポンプユニットを投入して使用される揚水装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、立軸渦巻ポンプを用いながらも水に浮かぶ排水ポンプ装置を実現させ、従来、より高い揚程やより多量排水が可能な、洪水等の大災害にも対応できる排水ポンプ装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。また、電動式ポンプ付き給排水制御システムにより、吸込口（バルブ付き）により吸水した自然の河川水を吐出口（バルブ付き）により吐出するための給排水兼用配管を有する人工河川システムも開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第3979514号公報
【特許文献２】特開2007-262999号公報
【特許文献３】実用新案登録第3146975号
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の洪水防止対策としては、豪雨時に河川の水位が上昇して氾濫危険数値まで達した際に発令する避難情報や 河川の護岸補強がほとんどであり、氾濫防止対策ための専用装置はほとんど用いられていないのが現状である。
【０００６】
本考案は上記課題に鑑みてなされたものであり、大規模な自然災害発生時などにおける河川の氾濫を防止する排水ポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本考案に係る排水ポンプ装置は、上下方向に伸長して上端側が河川の水面より上側に延出された支柱と、前記支柱に固定され、電気式モータで水を循環させるウォーターポンプ部と、略円筒形状を有し、一方の開口面が河川の上流側に面した吸水口、他方の開口面が下流側に面した吐水口となり、前記ウォーターポンプ部から循環される水の水圧によりスクリューを回転させることで排水を行うエンジン部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この排水ポンプ装置において、前記エンジン部は、その下端位置が河川の通常水位近傍に配置されるように前記支柱に取り付けられることが好ましい。
【０００９】
この排水ポンプ装置において、前記排水ポンプは、さらに、太陽光パネルと、当該太陽光パネルからの給電を受けると共に外部からの指令を受けて前記ウォーターポンプ部を作動させる通信デバイスと、を備えることが好ましい。
【００１０】
この排水ポンプ装置において、前記エンジン部は、河川の流れ方向に沿って前記支柱に取り付けられる略円筒形状のハウジング部と、前記ハウジング部内に設けられるスクリュー部と、前記ウォーターポンプ部によって加圧された水を前記スクリュー部の外周面へと噴出するための配管経路と、を備え、当該スクリュー部は、ベアリングを介して前記ハウジング部の内壁に対して回転可能に支持された略円筒形状のスクリュードラム部と、前記スクリュードラム部の内壁にその一端側が接続固定され、前記スクリュードラム部の回転に伴って回転可能な複数枚のフィンと、を備え、前記スクリュードラム部は、その外周面において、回転方向に直交する方向で複数並設された凸形状の仕切り壁を有することで複数の区画に区分されており、当該仕切り壁に対して、前記ウォーターポンプ部によって加圧された水が前記配管経路を介して噴出され、その際に生じる回転力によって前記スクリュードラム部と前記フィンとが一体回転することが好ましい。
【００１１】
この排水ポンプ装置において、前記スクリュー部は、前記ハウジング部内に、複数段連続して並設されることが好ましい。
【００１２】
この排水ポンプ装置において、前記スクリュー部のフィンの他端側には、円筒形状のシリンダが挿通固定され、当該シリンダの開口部には、前記フィンに水流を集めるため河川の流れ方向に沿って延長したガウリング部が設置されることが好ましい。
【００１３】
この排水ポンプ装置において、前記配管経路は、前記スクリュードラム部に対して、水が噴出される角度が鋭角になるように設けられることが好ましい。
【考案の効果】
【００１４】
本考案に係る排水ポンプ装置は、上下方向に伸長して上端側が河川の水面より上側に延出された支柱と、前記支柱に固定されて電気式モータで水を循環させるウォーターポンプ部と、略円筒形状を有して一方の開口面が河川の上流側に面した吸水口、他方の開口面が下流側に面した吐水口となり前記ウォーターポンプ部から循環される水の水圧によりスクリューを回転させることで排水を行うエンジン部とを備える。この構成により、本考案に係る排水ポンプ装置では、大規模な自然災害発生時などにおける河川の氾濫を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る排水ポンプ装置の全体構成を示す図である。
【図２】同上排水ポンプ装置に備わるエンジン部の参考写真図である。
【図３】同上エンジン部に備わるスクリュー部の斜視図である。
【図４】（ａ）同上エンジン部の透視側面図、（ｂ）同上エンジン部の正面図である。
【図５】同上エンジン部で生じる推進力の説明図である。
【図６】同上エンジン部で生じる推進力を説明するための模式図である。
【図７】同上排水ポンプ装置の下流域での設置に関するイメージ図である。
【図８】同上排水ポンプ装置の機能構成図である。
【考案を実施するための形態】
【００１６】
本考案の実施の形態に係る排水ポンプ装置に関して図面を参照しながら説明する。図１に示す排水ポンプ装置１は、河川の氾濫防止装置として用いられる。河川の氾濫は、河川の排水の能力が飽和状態を迎えた時に生じ、その原因は地政学的な場合が殆どであり、河の水の流れの失速に起因するものである。言い換えると、河の流れに停滞が生じ下流方向への流れが向きを変えるために起こる。河川の氾濫を解消するためには、危険水位を超えた際には絶えず下流方向に水を流すことが必要となる。
【００１７】
最初に、排水ポンプ装置１の全体構造に関して図１から図３を参照しながら説明する。図１に示すように、排水ポンプ装置１は、支柱２と、ウォーターポンプ部３と、エンジン部４と、太陽光パネル５と、通信デバイス６、航行障害灯７とを備える。
【００１８】
支柱２は、例えば下流域における河川の川底に固定設置され、上下方向に伸長して上端側が河川の水面より上側に延出される。ウォーターポンプ部３は、支柱２に固定されており、電気式モータで水を循環させる。エンジン部４は、図２に示すように略円筒形状を有し、一方の開口面が河川の上流側に面した吸水口４ａ、他方の開口面が下流側に面した吐水口４ｂとなり、ウォーターポンプ部３から循環される水の水圧によりスクリューを回転させることで排水を行う。エンジン部４は、その下端位置が河川の通常水位近傍に配置されるように支柱２に取り付けられ、エンジン部４の円筒直径は例えば2500ｍｍ、円筒長さは5000ｍｍである。
【００１９】
太陽光パネル５は、太陽光で発電を行うためのパネルであり、通信デバイス６及び航行障害灯７に電力を供給する。通信デバイス６は、太陽光パネルからの給電を受けると共に外部からの指令を受けてウォーターポンプ部３を作動させる。航行障害灯７は、船舶などに対して排水ポンプ装置１の存在を示すために使用される赤色や白色の電灯であり、点灯または明るくなったり暗くなったりする明滅を行う。ここでは、図1に示すように一対の支柱２が河流方向に沿って立設されて、その最上面に太陽光パネル５が水平状に設置される。太陽光パネル５の下側にウォーターポンプ部３が設置され、さらに一対のエンジン部４が河流方向に沿うように支柱２の側面に設置される。
【００２０】
次に、エンジン部４の構造の詳細に関して参照しながら説明する。エンジン部４は、支柱２に回転不動に設けられた略円筒形状のハウジング部４１と、ハウジング部４１内に設けられるスクリュー部４２と、ウォーターポンプ部３によって加圧された水をスクリュー部４２の外周面へと噴出するための配管経路と、を備える。ハウジング部４１は前面、後面が河川の水を通過するように開口されて、ウォーターポンプ部３からの水が循環するための配管経路がハウジング部４１の内部へと連通されている。
【００２１】
図３は、エンジン部４に備わるスクリュー部４２の詳細を示す斜視図である。スクリュー部４２は、スクリュードラム部４２ａ、フィン４２ｂを備える。スクリュードラム部４２ａは、ベアリングを介してハウジング部４１の内壁に対して回転可能に支持された略円筒形状の部材である。より詳細には、スクリュードラム部４２ａは、中心側の円筒と、この円筒の外周面にある２つの円環状の部材を有し、この２つの円環状の部材の間の溝部に仕切り壁４２ｅが設けられている。フィン４２ｂは、スクリュードラム部４２ａの内壁にその一端側（外側端）が接続固定され、スクリュードラム部４２ａの回転に伴って回転可能な複数枚のフィンである。なお、フィン４２ｂの形状は様々であり、本図に示す形状に限定されるものではない。
【００２２】
より詳細には、スクリュー部４２は、複数枚、本実施の形態では８枚のフィン４２ｂを有し、スクリュードラム部４２ａの円環の内側に設けられている。例えば、図３に示すように、スクリュードラム部４２ａの内周側に設けられたフィン４２ｂの形状に合わせて形成された凹みである固定部４２ｃにフィン４２ｂの外側の端部が差し込まれて一体固定されている。なお、スクリュードラム部４２ａとフィン４２ｂとは一体型に成型されることが望ましい。
【００２３】
また、スクリュー部４２のフィン４２ｂの他端側（回転中心側）には、円筒形状のシリンダ４２ｄが挿通固定され、このシリンダ４２ｄの開口部には、フィン４２ｂに水流を集めるため船体の推進方向に沿って延長したガウリング部８が設置される。なお、ガウリング部８の構造は必須要件ではない。
【００２４】
図３に示すように、スクリュードラム部４２ａは、その外周面において、回転方向に直交する方向で、所定間隔で複数並設された凸形状の仕切り壁４２ｅを有することで複数の区画に区分されている。そして、図４に示すように、この仕切り壁４２ｅに対して、ウォーターポンプ部３によって加圧された水をスクリュードラム部４２ａの外周面へと噴出するための配管経路３１を介して水が噴出される。そして、その際に生じる回転力によってスクリュードラム部４２ａとフィン４２ｂとが一体回転（すなわち、スクリュー部４２が回転）することで大きな排水力を得ている。
【００２５】
なお、スクリュー部４２をハウジング部４１の内部に回転可能に保持する構成は多々ある。一例としては、図４（ａ）に示すように、ハウジング部４１の内壁に円環状の溝部を形成して、スクリュードラム部４２ａの外側面を嵌め込むと共に、スクリュードラム部４２ａとハウジング部４１の溝部との間にベアリング４３を介在させる。この構成により、スクリュードラム部４２ａはハウジング部４１に対して回転可能に支持される。ベアリング４３は、例えば約０．５ｍｍ単位でスクリュードラム部４２ａとの間で前面側、後面側両面に設けられる。
【００２６】
ウォーターポンプ部３によって加圧された水をスクリュードラム部４２ａの外周面へと噴出するための配管経路３１は、図４（ｂ）に示すように、一対の配管経路３１となる。本実施の形態では、一対となる配管経路３１が１８０度の間隔で対向する位置に配置され、配管経路３１同士の口が逆方向に向くように設けられている。
【００２７】
また、配管経路３１は、スクリュードラム部４２ａに対して、加圧流体が噴出される角度が鋭角に、より好ましくは接線方向となるように設けられる。ここでいう鋭角とは、円環形状のスクリュードラム部４２ａを構成する周壁に対する接線を基準として、接線と配管経路３１から噴出される水の噴出方向との間の角度が９０度以下であることを指す。水がスクリュードラム部４２ａに対して垂直に当てられると、スクリュードラム部４２ａに回転力が生じにくいため、このように角度を調整することで、スクリュードラム部４２ａが水によって回転力を得やすいようになる。
【００２８】
また、配管経路３１から噴出された水は、配管経路３１の噴出孔が近接するスクリュードラム部４２ａの区画の一つに対して噴出され、仕切り壁４２ｅに対して噴出された水が回転力を加える。このことにより、スクリュードラム部４２ａ、及びスクリュードラム部４２ａに対して固定されたフィン４２ｂがいずれかの方向に回転し、排水が開始される。
【００２９】
スクリュードラム部４２ａが回転すると、配管経路３１から噴出された水は、次の区画内に対して噴出され、このようにして順次スクリュードラム部４２ａに対して回転力が加えられていく。そして、配管経路３１によりスクリュードラム部４２ａ内の各区画内に噴出された水は、スクリュードラム部４２ａが回転して、対向する配管経路３１の位置に来ると、スクリュードラム部４２ａ外へと循環される。
【００３０】
なお、エンジン部４やスクリュー部４２の素材には、ポリオキシメチレン（PolyOxyMethylene）と呼ばれる熱可塑性プラスチック樹脂を用いることが考えられる。この樹脂は、耐衝撃性や耐摩耗性に優れ、量産にも適し、特に比重が１．１程度なので従来と比較してエンジン部４を非常に軽量に構成することが可能となる。
【００３１】
エンジン部４は、図５及び図６に示すように、特に、スクリュー部４２が、ハウジング部４１の内側に、複数段連続して並設されている。ウォーターポンプ部３からは配管経路３１を介して同じ水圧がスクリュー部４２の外周面に加えわれる。しかしながら、この構造では、スクリュー部４２の回転数は、水流の後段の位置になるほど早くなる。例えば、図５に示す４つのスクリュー部４２の場合、200ｒｐｍ、300ｒｐｍ、450ｒｐｍ、680ｒｐｍのように水流の後段側に位置するスクリュー部４２の回転数は約３０〜５０％程度毎、順次早くなる。そして、船体の推進力自体は、主に最後の段のスクリュー部４２の回転数で決定されるため、スクリュー部４２を複数段連続で並設することにより、結果として非常に大きな船体の推進力を得ることが可能となる。なお、スクリュー部４２の段数は図５〜７に示すような４つに限定されるものではなく、より大きな推進力を得るためのより多くの段数を並設しても良い。この場合、推進機構（エンジン）を大型化・重量化することなく推進力を向上できる。
【００３２】
なお、図５に示すように、複数のスクリュー部４２を同方向に回転させると偏った力がかかる場合があるため、隣接するスクリュー部４２を互い違いに逆方向に回転させることも考え得る。
【００３３】
本実施の形態に係る排水ポンプ装置１は、図７に示すように、河川の下流域に亘って複数個設置されて、下流への河川の流れを維持し、洪水防止対策用の大型ポンプ装置として機能する。例えば、排水ポンプ装置１の一つの排水量１２．５ｔ／秒とすると、１時間当たりの排水量は約２４万ｔとなり、下流域に例えば排水ポンプ装置１を１０個で組み合わせると、７時間で東京ドーム１杯分の排水（約124万ｍ3）が可能となる。このように、各河川のおける降雨の排水能力に応じて、排水ポンプ装置１の数を予め算出して設置することで基準値（2,500ｍｍ）を超える水位にならないように調整することが可能となる。
【００３４】
次に、本実施の形態に係る排水ポンプ装置１の機能構成に関して図８を参照しながら説明する。排水ポンプ装置１は、ウォーターポンプ部３と、エンジン部４と、太陽光パネル５と、通信デバイス６、水位センサ９とを備える。通信デバイス６が外部から指令を受けるとウォーターポンプ部３を始動させてエンジン部４が回転して排水を開始する。また、水位センサ９で検知された河川の水位が危険水位を超えた際にウォーターポンプ部３を始動させてエンジン部４が回転して排水を開始することもできる。
【００３５】
以上の説明のように、本実施の形態の排水ポンプ装置１は、上下方向に伸長して上端側が河川の水面より上側に延出された支柱２と、電気式モータで水を循環させるウォーターポンプ部３と、一方の開口面が河川の上流側に面した吸水口４ａ、他方の開口面が下流側に面した吐水口４ｂとなり、ウォーターポンプ部３から循環される水の水圧によりスクリューを回転させることで排水を行うエンジン部４と、を備える。そして、ウォーターポンプ部３の回転動力により生み出される高圧力の水をスクリュー部４２の外周面に並設して複数設けられた仕切り壁４２ｅに対して噴出する。この構造により、スクリュー部４２に回転力を与えて多量の河川水を排水でき、河川の水位の上昇を防止し、その結果、大規模な自然災害発生時などにおける河川の氾濫を防止する。例えば、排水ポンプ装置１は、水位が基準値以上（例えば2,500ｍｍ）を超えないように、河川の流れをコントロールできる。このため、近年頻繁に生じている河川氾濫における人的・物的な莫大な被害を防止することが可能となるばかりか、今後必要とされる補強改修工事も基本不要となり、莫大な公費の削減に繋がる。
【００３６】
また、ウォーターポンプ部３は、化石燃料を用いたエンジンの燃焼熱も発生させず、ピストンによる振動もなく、騒音も少ないために環境負荷を軽減でき、特に脱炭素化社会の実現には欠かせない技術となり得る。
【００３７】
また、エンジン部４においては、スクリュー部４２が、ハウジング部４１の内側に、複数段連続して並設されている。この構成により、スクリュー部４２の回転数を効果的に徐々に後段のスクリュー部４２において向上させることができ、十分な排水力を得ることができる。
【００３８】
さらに、エンジン部４の素材には、ポリオキシメチレンなどの樹脂を用いることで、低価格で量産でき、経済的にも優れた船体構造となる。また、水などの加圧流体をスクリュー部４２の外周面に直接噴射する方式としたため、圧縮された空気がスクリュー部４２のフィン４２ｂの表面を覆うことで生じるキャビテーション効果を防止でき、効率的な河川水の排水を実現することができるようになる。
【００３９】
なお、本考案は、上記実施の形態の構成に限られず、考案の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、スクリュードラム部４２ａの隔壁には、仕切り壁４２ｅによって形成された区画内に噴出された水を当該区画外へと排出するための排出口を設けても良い。この排出口を設けることで水を排出口からハウジング部４１やスクリュードラム部４２ａ外へと効率的に排出できる。
【符号の説明】
【００４０】
１  排水ポンプ装置
２  支柱
３  ウォーターポンプ部
３１  配管経路
４  エンジン部
４ａ  吸水口
４ｂ  吐水口
４１  ハウジング部
４２  スクリュー部
４２ａ  スクリュードラム部
４２ｂ  フィン
４２ｃ  固定部
４２ｄ  シリンダ
４２ｅ  仕切り壁
５  太陽光パネル
６  通信デバイス
７  航行障害灯
８  ガウリング部
９  水位センサ
【図１】
0003226205.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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